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Fogli di silicone estensibile
Il silicio di solito viene fornito in trucioli rigidi. Ma mentre questi pezzi di semiconduttori sono utili nei computer e nei telefoni cellulari, non sono utili per una serie di altre applicazioni, come l'elettronica indossabile e i computer pieghevoli. Nel frattempo, i nuovi tipi di elettronica a base di polimeri sono flessibili ma non offrono le prestazioni del silicio.
Onde di silicio: Una sottile pellicola di silicone è stata fissata su un foglio di gomma prestirato. Quando viene rilasciata la tensione sulla gomma, il silicone si piega per formare un motivo a spina di pesce. Dopo che il modello iniziale è stato creato, il silicone e la gomma vengono allungati e rilasciati orizzontalmente e verticalmente.
I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno recentemente mostrato come il silicio può allungarsi in una dimensione, come un elastico. (Vedi Stretchable Silicon.) Ora, nel lavoro più recente del gruppo, i ricercatori hanno realizzato fogli di silicio che possono allungarsi anche in due dimensioni, il che potrebbe rendere possibile mettere l'elettronica su sfere e superfici con forme complicate.
Negli ultimi anni, i laboratori di ricerca e le aziende hanno compiuto sforzi per rendere l'elettronica flessibile ed elastica. Attualmente sono disponibili display flessibili, ad esempio. (Vedi Plastic Electronics Head for Market.) Ma questi display si basano su circuiti realizzati con polimeri organici, che non hanno la velocità del silicio, quindi non possono essere utilizzati per attività computazionalmente intensive. Inoltre, l'elettronica flessibile è limitata nelle forme che possono formare. Possono essere arrotolati e piegati, ma non possono adattarsi alla forma di una mano, per esempio.
I nuovi risultati della squadra dell'Illinois, guidata da John Rogers , professore di scienza dei materiali e ingegneria, si basano sulla precedente ricerca del gruppo con nastri elastici unidimensionali di silicio, in cui hanno apposto nastri ultrasottili a un pezzo di gomma prestirato. Quando la tensione sulla gomma è stata rilasciata, i nastri di silicone si sono piegati. Successivamente, i nastri potrebbero essere nuovamente tesi, tendendo il silicone. Tuttavia, questi nastri potevano allungarsi solo in una dimensione. Un foglio di elettronica veramente conformabile ha bisogno di allungarsi in due direzioni in modo che possa, ad esempio, coprire una sfera o qualche altro oggetto tridimensionale.
Multimedia
Guarda un video della formazione delle strutture ondulate in un sottile film di silicio.
Quindi, invece di utilizzare nastri di silicio, i ricercatori hanno apposto fogli di silicio, di dimensioni comprese tra tre e cinque millimetri quadrati e di spessore da 55 a 320 nanometri, su un foglio di gomma allungato. Quando l'allungamento è stato rilasciato, il silicone si è piegato per formare onde complicate e zigzag, creando una geometria di silicio mai vista prima (vedi video multimediale). Rogers afferma che la sua squadra è rimasta sorpresa dalla geometria reale, un motivo a spina di pesce, che ricorda le diverse diagonali della spina dorsale del pesce. In sostanza, i modelli serpeggianti delle onde consentono ai fogli di silicio di allungarsi a due dimensioni.
Finora, dice Rogers, il suo team ha realizzato diodi funzionali con il silicio elastico bidimensionale. I ricercatori hanno fabbricato una serie di cuscinetti di silicio quadrati che sono collegati tra loro tramite nastri di silicio ondulato. Questo design del dispositivo, afferma Rogers, potrebbe essere utilizzato in un guanto chirurgico intelligente che misurerebbe la concentrazione di ormoni o il pH nel corpo, ad esempio.
Inoltre, il team sta costruendo una serie di fotorivelatori sul silicio elastico e posizionandolo attorno a una sfera per creare un occhio elettronico. Un'applicazione del genere è lontana molti anni, dice Rogers, ma se i ricercatori riuscissero a portare dispositivi elettronici e fotorivelatori su una sfera, le persone potrebbero avere una fotocamera molto più avanzata e potente che potrebbe essere utilizzata nei telefoni cellulari o dai militari.